تصميم غرفة بطارية خلايا العملة لتجارب الأوبراندو منخفضة الحرارة

مع تزايد كهربة العالم، تلعب البطاريات دورا رئيسيا في تنشيط أجهزتنا. من تشغيل مركباتنا الكهربائية إلى توفير تخزين الطاقة لمصادر الطاقة المتجددة على مستوى الشبكة، أصبح من المهم بشكل متزايد تطوير بطاريات تظهر أداء عاليا في مجموعة واسعة من المناخات. غالبا ما ينخفض أداء البطارية في بيئات الطقس البارد، مما يتطلب المزيد من البحث المتخصص في تحقيقات البطاريات في درجات الحرارة المنخفضة.

ومع ذلك، فإن معدات تدوير البطاريات منخفضة الحرارة المتوفرة تجاريا غالبا ما تكون مكلفة، مما يمنع إجراء هذه الدراسات في منشآت بحثية لا تركز على التجارب غير المحيطة. نقدم هنا تصميما بسيطا واقتصاديا لغرفة درجة حرارة سهل التجميع وسريع التنفيذ، مما يسمح بإجراء المزيد من الأبحاث حول البطاريات منخفضة الحرارة. يتيح هذا التصميم رفع درجة حرارة موثوقة لأربع خلايا عملة 2032 في بيئات منخفضة الرطوبة لتقليل مشاكل التآكل والتكثف.

في هذا البروتوكول، سنمر على الخطوات الرئيسية لتصنيع الغرفة قبل أن نشرح كيفية استخدامها. تم توفير تعليمات إضافية في النص الكامل. أولا، اطبع جميع ملفات STL الإضافية ثلاثية الأبعاد باستثناء ملفات الحجرة وغطاء الحجرة باستخدام PLA.

ثانيا، قم بتشكيل كتلة راتنج الأسيتول إلى الأبعاد المذكورة. نستخدم آلة CNC أو آلة طحن يدوية لإنشاء الحجرة الرئيسية والغطاء مع عرض الملفات الإضافية لغطاء الحجرة والغرفة. كما قم بقص مشتت الحرارة حسب الحجم واحفر ثقوب حسب ملف تخطيط الفتحات.

يجب أن يكون لديك الآن جميع القطع التي تحتاج إلى ورشة ماكينات. مرر حوامل البطاريات الأربعة عبر شريط أسلاك البطارية ثم عبر الغطاء. تأكد من أن كل ألسنة من مشابك حامل البطارية في وضع التشغيل.

قم بتوصيل جميع الأسلاك في الشكل 2 باستثناء الوحدات الحرارية الكهربائية ومراوح 12 فولت. سيتم ربط هذه لاحقا. لحام خطوط 12 فولت والأرضي إلى مصدر الطاقة إلى موصل ذو سلكين.

قم بإنشاء الحشوات أولا عن طريق قطع مادة الحشية باستخدام أداة قطع وقالب الحشية لصنع حشوتين. اضغط ضغطا خفيفا لتجنب سحب الحشية من تحت القالب وقطع القطعة بشكل زائد. ضع الحشية في أحد الجيوب الجانبية للغرفة الرئيسية بحيث تكون مسطحة داخل الجيب.

ضع أسلاك الوحدة الحرارية الكهربائية عبر الفتحات الجانبية في الحجرة الرئيسية بحيث يكون الجانب البارد المررقم من الوحدات الحرارية الكهربائية مواجها داخل الحجرة. ضع طبقة رقيقة لكنها كاملة من الشحم الحراري على الجانب الحراري الساخن غير المرقم. ضع حلقة رقيقة من السيليكون على الحجرة خارج الوحدة الحرارية.

ضع مشتت حرارة بعناية فوق الغرفة الرئيسية. قم بتثبيت المصارف الحرارية في الحجرة الرئيسية لضغط السيليكون. هذا سيشكل ختما محكما.

أزل أي سيليكون زائد. كرر ذلك على الجانبين. بعد إدخال الغطاء والمضاعفات الحرارية إلى الغرفة، ضع المروحتين بجهد 12 فولت على جانبي المبددات الحرارية.

وجهها لتنفخ في مشتتات الحرارة. استخدم ثلاث أربطة طويلة لتثبيت المراوح في مكانها. ثبت حامل المفتاح وتركيب البروتوبورد على مشبك مشتت الحرارة الذي يطبع باستخدام الغراء الفوري.

قم بتثبيت القواعد على الصف العلوي من مشتتات الحرارة. ضع اللوحة الأولية، مفتاح التشغيل والإيقاف، وحدة التحكم، والمادة المعزولة في مواقعها الخاصة على الحوامل. بعد تنظيم الأسلاك، قم بلحام وصلات الوحدات الحرارية الكهربائية ومراوح 12 فولت.

الغرفة الآن مجهزة بالكامل. لتبريد الحجرة إلى درجة الحرارة المناسبة، قم بإيقاف تشغيل الوحدات الحرارية الكهربائية باستخدام مفتاح التشغيل والإيقاف اليدوي. اضبط وحدة التحكم على وضع التبريد.

اضبط درجة الحرارة المطلوبة إلى 0 درجة مئوية وفرق الإيقاف إلى 0.1 درجة مئوية. اضبط نطاق درجات الحرارة إلى سالب 55 إلى 24 درجة مئوية لمنع ارتفاع درجة الحرارة الشديد أو التبريد الزائد في الحالات الشاذة. بعد توصيل الترموبيل الخاص بتسجيل البيانات بميزان الحرارة ووضع الحجرة في الثلاجة، أعد تشغيل مفتاح التشغيل والإيقاف.

الحجرة الآن جاهزة للاستخدام. لفتح الحجرة لإضافة أو إزالة البطاريات، ضع مفك براغي على الجانب السفلي من مسمار الغطاء. باستخدام الحافة الخارجية كنقطة ارتكاز، اضغط على مقبض المفك للأسفل للأسفل.

بمجرد أن يصبح الغطاء مرتخيا، اسحبه بيدك وضعه على سطح مستو أو في حامل الغطاء المطبوع ثلاثي الأبعاد المرفق واستبدله بغطاء مؤقت. افتح حوامل البطارية التي ترغب في استبدالها وضع خلية العملة داخل الحامل. أزل الغطاء المؤقت ثم عبوة جل السيليكا داخل الحجرة.

امسح أي رطوبة بقطعة قماش وأعد كيس جل السيليكا في الحجرة للمساعدة في امتصاص أي رطوبة إضافية. استبدل الغطاء الرئيسي. قد يستغرق الأمر حتى ساعتين لإعادة توازن درجة الحرارة داخل الحجرة.

لتقييم موثوقية الغرفة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة تبلغ 0 درجة مئوية، تم اختبار أدائها بثلاث طرق. أولا، استخدمنا جهاز تسجيل بيانات درجة الحرارة الآلي لقياس تدرجات الحرارة عبر الحجرة. كان تغير درجة الحرارة في جميع أنحاء الحجرة ثابتا ولم يتغير إلا 4 درجات مئوية.

ثانيا، تم مراقبة استقرار درجة حرارة الحجرة المجمعة حديثا على مدى يوم واحد، مع الحفاظ على تغير درجة حرارة يبلغ 13 درجة مئوية. لاختبار الأداء طويل الأمد، وبعد استخدام الجهاز لمدة سبعة أشهر، أجري قياس لمدة أسبوع، وأظهر انخفاضا طفيفا في درجة الحرارة بمقدار 75 درجة مئوية. وأخيرا، تم تدوير أربع خلايا عملة ليثيوم أيون 2032 100 مرة لمدة ثلاثة أشهر.

تظهر بيانات التدوير أداء ثابتا وضوضاء منخفضة خلال هذه التجربة. تظهر هذه النتائج أن الحجرة يمكنها الحفاظ على درجة حرارة ثابتة، وتسمح بإجراء تجارب الدورة الكهروكيميائية منخفضة الحرارة بشكل موثوق. قدمنا هنا تصميما بسيطا لتمكين دورة بطارية منخفضة الحرارة فعالة من حيث التكلفة لخلايا العملة لعام 2032 في بيئة منخفضة الرطوبة.

يظهر اختبار الأداء أن هذا الجهاز يظهر أداء موثوقا على المدى الطويل مع تغيرات في درجات الحرارة أقل من درجة مئوية واحدة.